Параметри напівпровідникових приладів та режими їх роботи

Для випрямних низькочастотних діодів характерні електричний і експлу-

атаційний режими та статичні і динамічні параметри.

До основних статичних параметрів діодів відносять:

-прямий спад напруги-Uпр при заданому прямому струмові-Iпр;

постійний зворотній струм—Ізв, при заданій зворотній напрузі—Uзв.

Динамічними параметрами випрямного діоду є середнє за період значення

випрямленого струму—Ів.ср; середнє значення прямої напруги—Uпр.ср;

середнє значення зворотнього струму за період—Ізв.ср., значення середнє

зворотньої напруги—Uзв.ср. за період змінного струму.

Гранична частота, на якій випрямлений струм зменшуеться до встановлено-

го рівня—f гр, вона залежить від площі переходу і часу життя носіїв заряду.

До параметрів електричного режиму діодів відносять:

--диференційний опір діоду—Rдиф, Ом;

--ємкість діоду—Сд, пФ.

Параметри експлуатаційного режиму:

Максимально допустимий струм діоду—Іпр.макс., мА, А;

Допустиме максимальне значення зворотньої напруги—Uзв.доп., В;

Максимально допустима потужність розсіювана діодом—Рмакс., Вт, кВт;

Максимальна і мінімальна температури середовища де експлуатується

діод—Тмакс. і Тмін., град.

Високочастотні діоди призначені для перетворення(нелінійного) елекричних

сигналів від десятків до сотень мегагерц(детектори, відеодетектори, змішувачі

сигналів, обмежувачі ВЧ сигналів, керовані нелінійні резистори, комутатори

сигналів).

Достатньо широко застосовують фотогальванічні приймачі випромінювання

без внутрішнього підсилення--- фотодіоди.

Фоточутливий елемент фотодіоду має структуру звичайного напіпровіднико-

вого діоду, але вмикається на зворотню напругу зовнішнього джерела постій-

ного струму-- фотодіодний режим.Параметри фотодіоду:

інтегральна чутливість: S=Iф/Ф мкА/лм: (1)

де, Іф-фотострум фотодіоду, мкА;

Ф-світловий потік, лм;

Іт-темновий струм при Ф=0;

довговічність фотодіоду-термін служби при нормальних умовах експлуатації,

годин.

Для вимірювання інтегральної чутливості фотодіодів використовують люксмет-

ри, які вимірюють освітленість об'єкту, а фотострум—мікроамперметром класу

точності не менше 0, 5.

В схемах сигналізації, оптоелектроніки, автоматики широко використовують

світлодіоди—напівпровідникові прилади на основі кремнію, галію, миш'яку в

яких рекомбінація неосновних носіїв заряду з основними при вмиканні р-n

переходу на пряму напругу супроводжується оптичним випрмінюванням

певного спектру(в інфрачервоній, видимій або ультрафіолетовій частині

спектру випрмінювання).Експлуатаційні параметри світлодіодів: яскравість

світіння, постійна пряма напруга-Uпр, повна потужність випрмінювання-Р, Вт;

Ширина діаграми направленості світлового випромінювання, (град.).

Для біполярних транзисторів характерні параметри постійного і змінного стру-

мів.

Параметри постійного струму характеризують величини некерованих струмів-

транзистора, зв'язаних із зворотніми струмами р-n переходів.

Зворотній струм колектора-Ікб0-струм через зворотньозміщений перехід колек-

тор-база при розімкнутому колекторі і заданій напрузі на колекторі.

Зворотній струм емітера Іеб0-струм через зворотньозміщений перехід емітер-база

при розімкнутому колекторі і заданій напрузі на колекторі.

Обидва струми залежать від температури тому їх називають температурни-

Ми.

О дним із основних параметрів транзистора є коефіцієнт передачі струму, який до-

рівнює відношенню прирощень струмів колектора і емітера при постійній напрузі

на колекторі:

α =Δ Ік/Δ Іе< 1, (a=0, 95...0, 99) (2)

Враховуючи, що струм Ікб0 малий, струм колектора буде:

Ік=α Іе +Ікб.0, Ік=α Іе. (3)

Тоді транзистор слід розглядати як керований прилад, так як величина його струму

колектора залежить переважно від струму емітера-Іе.

Незалежно від схеми вмикання транзистори характеризються коефіцієнтом прямої

передачі струму, який являє собою відношення прирощення вихідного струму до

визваного прирощенням вхідного струму при постійній напрузі у вихідному колі.

З врахуванням (2) для схеми вмикання із спільною базою таким коефіцієнтом мо-

же служити коефіцієнт передачі струму емітера:

ɑ =Δ Івих/Δ Івх=Δ Ік/Δ Іе, Ек=постійне, (4).

В схемі із спільним емітером, вхідний сигнал приклалається до виводів бази і емі-

ра, а джерело живлення колектора між виводами колектора і емітера, тоді емітер є

спільним електродом для вхідного та вихідного кіл транзистора.

Основною особливістю схеми із спільним емітером є те, що вхідним струмом в ній

є малий струм бази, а вихідним значний струм колектора.

Тоді коефіцієнт прямої передачі струму для схеми із спільним емітером буде:

β = Δ Івих/ Δ Івх= Δ Ік /Δ Іб (5)

Знайдемо співвідношення між α і β. Для цього використаємо рівність:

Δ іб= Δ Іе-- Δ Ік і підставимо його замість Δ Іб в формулу (6):

β =Δ Ік/Δ Іб=Δ Ік/Δ Іе- ІкΔ =1/Δ Іе/Δ Ік-1=ɑ /1-ɑ, так як Δ іе/Δ Ік=1/α, (7).

Малосигнальні параметри транзистора—це сигнали збільшення амплітуди, яких на

50% збільшує вимірюваний параметр на малу величину, яка не перевищує його зна-

чення< 10% при заданому ступеню точності.

У цьому випадку є можливість розглядати транзистор як лінійний активний неси-

метричний чотириполюсник.

Особливістю цього чотириполюсника є те, що один із зажимів є спільним для входу

і виходу, відповідно із спільними: базою, емітером або колектором.

До малосигнальних відносять h-параметри(переважно для сигналів низьких частот).

Розглянемо фізичну суть h-параметрів, як приклад, для схеми вмикання транзистора

із спільним емітером:

h11=U1/І1-вхідний опір, при короткому замиканні виходу(U2=0);

h12=U1/U2-коефіцієнт зворотнього звязкку за напругою при розімкнутому вході;

h21=І2/І1- коефіцієнт передачі струму при короткому замиканні виходу (U2=0);

h22=І2/U2-вихідна електропровідність при розімкнутому вході за змінним струмом.

Заради зручності в довідниках, для найчастіше вимірюваних коефіцієнтів підсилен-

ня за струмом в схемах із спільними базою та емітером прийняті такі позначення:

h21б= --α; β =h21е; зв'язок між β і α, β =α /1-α для f=270...1000 Гц.

Для аналітичного розрахунку h-параметрів транзисторів користуються вхідними і

вихідними характеристиками—вольтамперними залежностями відповідно між вхі-

дними та вихідними напругами і струмами.

Вольтамперні характеристики вміщають в себе інформацію про властивості прила-

ду у всіх режимах роботи на великих і малих сигналах та зв'язок параметрів між

собою.

За вольтамперними характеристиками можливо визначити ряд параметрів, які не

приводяться в довідниках, а також провести розрахунок кіл зміщення, стабілізації

режиму, оцінку роботи транзистора в широкому діапазоні імпульсних і постійних

струмів, напруг та потужностей.

Найчастіше використовують два сімейства ВАХ: вхідні та вихідні.

Вхідні характеристики графічно відображають залежність вхідного струму (бази

або емітера) від напрруги між базою і емітером при фіксовому значенні напруги

на колекторі.

Вхідними (базовими) характеристиками для схеми вмикання транзистора із

спільним емітером, вхідним струмом є струм бази, а вхідною напругою буде

напруга база-емітер Uбе при фіксованих значеннях напруги на колекторі-Uке.

Вихідні характеристики(колекторні)транзистора—графічні залежності стрму

колектору від напруги між колектором і емітером-Ік=f(Uке) при Іб=const.

Тиристори— напівпровідниковий прилад сендвічної структури з чергуванням

р-n шарів, працює як комутаційний елемет автоматики подачі струмів від оди-

ниць десятків міліампер до тисяч ампер.

Розрізняють діодні (динистори) та тріодні (тринистори) тиристори.

Динистори використовують як порогові комутатори з фіксованими значеннями

струмів або напруг, триністори—працюють переважно в імпульсному режимі

в перетворювачах частоти змінних струмів, в керованих випрямлячах одно- та

трифазного струму промислової та підвищеної частоти, в інверторах і т.п.

Основними параметрами тиристорів є:

-напруга вмикання—значення анодної напруги, при якій можливе вмикання тири-

стора при розімкнутому колі керуючого електроду;

-залишкова напруга-значення напрруги на тиристорі при максимальному анодно-

му струмові;

-струм вимикання-мінімальнй прямий струм через триністор при Ікер=0;

-зворотній струм-струм витоку, який виникає при максимальній зворотній напрузі;

-час вмикання—час з моменту подачі пускового імпульсу за який тиристор вмика-

ється в роботу;

час вимикання—мінімальний час за який тиристор вимикається, Іапр=0.